本发明属于移动通信领域，具体涉及一种非正交多址网络资源分配方法。
背景技术：
未来全球移动通信网络连接的设备总量将达到千亿规模，互联网上通信业务量日益激增，移动数据流量将出现爆炸式增长，使得网络能耗、部署和维护的复杂度越来越高，现有的正交多址技术等难以高效应对未来千倍业务流量增长和海量设备连接，无法智能地满足未来用户和业务需求多样化的趋势。为了更好地解决这一问题，既能满足移动业务速率需求又能提高频谱效率，在5g时代来临之际，非正交多址技术(noma)受到越来越多的关注。
noma可以允许多个用户共享同一子信道，使得频谱利用效率的提高存在更大的空间。但是，如何在非正交多址网络中进行网络资源的分配，目前尚未提出一种可行性强的noma网络资源分配机制。同时，随着移动用户数量的剧增，近年来无线通信领域带来的能源消耗是非常巨大的，针对我国环境污染严重以及能源日益紧缺的国情，绿色通信也是大势所趋。
技术实现要素：
本发明实施例针对目前尚没有可行性强的非正交多址网络资源分配机制的问题，提出了一种非正交多址网络资源分配方法，结合能量有效性，合理分配信道资源和功率资源，提供更高网络容量和更好覆盖。
根据本发明的一个方面，提供了一种非正交多址网络资源分配方法，所述方法包括以下步骤：
步骤s1，初始化匹配列表，sn表示匹配到信道n
步骤s2，根据信道状态信息，初始化优先列表pref_u(u)，以及没有匹配到du信道的用户集合su_f(u)；
步骤s3，判断是否满足
步骤s4，如果sn_opti＜dn_opti时，令au,n_opti＝1，su＝su+1，sn_opti＝sn_opti+1；如果sn_opti＝dn_opti，找到最小的用户增益gu_opti,n_opti；
步骤s5，如果gu_opti,n_opti＜gu,n_opti，令au,n_opti＝1，au_opti,n_opti＝0，su＝su+1，su_opti＝su_opti-1；
步骤s6，判断是否满足u＝u；如果不满足，则令u＝u+1，并转入步骤s3；如果满足，则输出优化后的信道分配矩阵a；
步骤s7，计算辅助变量γu(t)，以及数据速率ru(t)；
步骤s8，计算优化后的功率分配，得到相应的能量效率值；
步骤s9，更新拉格朗日乘子λ，β，直到计算结果收敛；
步骤s10，终止方法进程，取出数据。
上述方案中，所述步骤s1中所述初始化接入设备ues以及bs的各项参数及状态，包括发射功率pu,n(t)、干扰参数，初始化过程按照等功率进行分配。
上述方案中，所述步骤s2中，由已知的信道状态信息，信道增益逆序排列，信道优先列表为：
pref_u＝[pref_u(1),k,pref_u(u),kpref_u(u)]u。
上述方案中，所述步骤s7中，计算得到辅助变量γu(t)的公式为：
计算数据速率ru(t)的公式为：
其中，v为控制参数，设为常数50～300，hu(t)为用户u在时隙t的虚拟队列。
上述方案中，所述步骤s8中计算优化后的功率分配，得到相应的能量效率值，具体为：首先利用公式
上述方案中，所述步骤s9中，根据公式
和
更新拉格朗日乘子λ，β，直到计算结果收敛。
本发明具有如下有益效果：
本发明非正交多址网络资源分配方法，采用双边匹配算法来解决用户和信道关联问题，采用李雅普诺夫(lyapunov)优化算法得到功率分配的最优解，然后，通过迭代联合用户信道匹配和功率分配算法最大限度地提高能量效率以及经济效益，同时也保证了个体合理性和真实性属性。本发明可以实现noma网络资源的合理分配，并能同时保证内容提供者的经济效益和能量有效性的最大化，从而最大限度的提高能量效率，提升系统能力，在不降低服务质量以及考虑能源问题的前提下，满足剧增的数据需求，以实现可持续发展。
附图说明
为了更加清晰的阐述本发明的实施例和现有的技术方案，下面将本发明的技术方案说明附图做简单的介绍，显而易见的，在不付出创造性劳动的前提下，本领域普通技术人员可通过本附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的非正交网络架构示意图；
图2为本发明实施例的非正交网络资源分配方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明作进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例，可以通过不同形式得以实现，说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
noma是一种多址接入技术，非正交性允许多个用户共享传统的时频域码域资源，可以利用功率域上的资源区分不同的用户，可以有单用户或多用户，也可以有单载波或多载波。在充分结合了时代发展需求和基本国情需求的情况下，本发明提出了一种非正交多址网络资源分配方法，结合能量有效性，合理分配信道资源和功率资源，提供更高网络容量和更好覆盖，通过灵活可扩展的网络架构以适应用户和业务的多样化需求。
本发明实施例中，非正交多址网络资源分配方法通过noma网络中用户和信道间动态双边匹配机制以及实现能量有效性的功率分配算法，来实现网络资源的分配。在基站bs已知信道状态信息的前提下，根据各信道增益逆序排列制定信道优先列表；在此机制下，通过将信道匹配到各用户以及功率的合理分配来实现效用函数最大化。具体的，。
下面通过具体的实施例对本发明作进一步说明。
图1所示为本实施例的非正交网络架构示意图。如图1所示，本实施例所涉及的非正交网络包括：基站bs通过n个子信道将信号发射给u个用户，u个用户均匀分布在基站周围。为了便于对本发明方法的理解，对这里的非正交网络进行简单化，但是并不影响在实际中的应用，也不构成对实际应用的限制。本实施例中的非正交网络体系，考虑了最小用户服务质量，最大发射功率限制，多个用户可以同时分配到同一子信道上，在同一子信道上信道衰落相同，在不同子信道上信道衰落相互独立。同时，为便于直观分析网络体系结构，将多个无线接入用户ues随机分布。
图2所示为本实施例的非正交网络资源分配方法流程示意图。如图2所示，本实施例的非正交多址网络资源分配方法，包括如下步骤：
步骤s1，初始化匹配列表，sn表示匹配到信道n
本步骤中，所述初始化接入设备ues以及bs的各项参数及状态，包括发射功率pu,n(t)、干扰参数iu,n(t)、增益gu,n(t)，初始化过程按照等功率进行分配。
同时，定义用户u通过信道n获得的信号信噪比为：
定义用户u在信道n的信息传输速率为：
ru,n(t)＝log2(1+sinru,n)；
基站bs下所有用户的总容量为：
优选的，可以初始化3个bs和以每个bs为中心分别分布10、15、20个ues的位置，以及每个bs的初始功率为25w，sn＝3，su＝4。
步骤s2，根据信道状态信息，初始化优先列表pref_u(u)，以及没有匹配到du信道的用户集合su_f(u)。
本步骤中，优选的，由已知的信道状态信息，信道增益逆序排列，信道优先列表为：
pref_u＝[pref_u(1),k,pref_u(u),kpref_u(u)]u。
步骤s3，判断是否满足
步骤s4，如果sn_opti＜dn_opti时，令au,n_opti＝1，su＝su+1，sn_opti＝sn_opti+1；如果sn_opti＝dn_opti，找到最小的用户增益gu_opti,n_opti；其中，sn_opti和dn_opti分别表示匹配到优先信道nopti的用户数和未匹配到优先信道的用户数。
步骤s5，如果gu_opti,n_opti＜gu,n_opti，令au,n_opti＝1，au_opti,n_opti＝0，su＝su+1，su_opti＝su_opti-1；
步骤s6，判断是否满足u＝u；如果不满足，则令u＝u+1，并转入步骤s3；如果满足，则输出优化后的信道分配矩阵a。
步骤s7，计算辅助变量γu(t)，以及数据速率ru(t)。
本步骤中，优选的，计算得到辅助变量γu(t)的公式为：
计算数据速率ru(t)的公式为：
其中，v为控制参数，设为常数50～300，hu(t)为用户u在时隙t的虚拟队列。
步骤s8，计算优化后的功率分配，得到相应的能量效率值。
本步骤中，首先利用公式
步骤s9，更新拉格朗日乘子λ，β，直到计算结果收敛。
根据公式
步骤s10，终止方法进程，取出数据。
由以上可以看出，本实施例的非正交网络资源分配方法，以最大化网络的经济效益以及能量有效性为目标，使用双边匹配算法来确定信道的最佳分配给无线接入设备，使用李雅普诺夫(lyapunov)优化算法来解决功率分配问题，进而在循环迭代中联合用户信道分配矩阵优化算法和功率分配算法来最大限度地提高能量效率以及经济效益，使结果最大限度接近理想值。通过与固定用户信道分配矩阵和固定功率分配两种机制对比，说明本实施例的非正交网络资源分配方法具有更高的能量有效性和经济效益。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。